基于“卓越計劃”的煤田地震勘探教學模式

[摘 要]煤田地震勘探技術的普及應用，要求物探專業與相關的地質專業學生對本課程的學習不能停留在理論方面，提高編制工程設計、野外數據采集、室內處理及解釋技術的能力才能滿足生產發展的需求。鑒于此，把本專業課程的傳統教學模式改為動手解決問題及創新能力培養模式。

[關鍵詞]煤田 地震勘探 觀測系統 工程設計 卓越工程師

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）08-0146-02

“煤炭黃金十年”大大地推動煤炭地質事業的發展，尤其是煤田地震勘探技術的應用和煤田三維地震勘探技術的普及推廣，為煤礦開采提供了更為有效的勘探手段和可靠的地質依據。[1]同時也推動了煤田地震勘探課程教學的改革與發展。我校資源勘查工程、地質工程、水文及水資源工程、地球信息科學與技術及煤與煤層氣工程先后增加了煤田地震勘探教學內容或煤田三維地震勘探課程。[2]受“卓越計劃”啟發，就傳統的煤田地震勘探教學談談自己的看法。

一、細化專業理論教學，掌握知識點

針對二維地震勘探觀測系統設計教學，主要知識點包括以下幾方面：其一，深刻理解觀測系統概念、設計相關參數及相關參數的計算公式。其二，理解地面的觀測方式與地下勘探的反射點對應關系，掌握利用綜合平面圖示法繪制觀測系統圖的要領，目的是對已知的觀測系統參數通過圖示的方法表達觀測系統中炮點、檢波點和排列的所有道，并確定滿覆蓋次數起止位置，會計算滿覆蓋次數的范圍。其三，設計的觀測系統在生產中如何實施。

（一）勘探深度與勘探的排列長度之間的關系

勘探排列長度與勘探深度一般是0.5～1.5倍的關系，視具體情況而定，主要依據以下計算公式來確定排列的參數。

設激發點移動道數為r，覆蓋次數為n，儀器接收道數為N，S為與觀測系統有關的常數，單邊激發S=1，雙邊激發S=2；則有

r=NS / 2n

這里著重強調以下幾點：

1.雙邊激發就是一個排列不動的情況下先后分別在兩端激發；

2.中間激發時S=2；儀器接收道數為N，與排列長度有關，排列長度≈目的層埋深；

3.煤田二維地震勘探在淺層地震地質條件好的地區一般覆蓋次數n=12次；

4.煤田地震勘探目的層比較淺，故道距一般采用10米。

（二）地面觀測點與地下勘探目的層反射點之間的關系

大家知道地震勘探就是在地面進行人工炸藥激發地震波向地下傳播，遇界面反射回地表，檢波器接受到信號傳輸儀器記錄下來。那么地面觀測點與地下界面的反射點之間的關系就是觀測系統。綜合平面圖是反映觀測系統關系的表達方式。

綜合平面圖示法是沿測線標出若干炮點和第一個排列的檢波點。將檢波點投影到過炮點的45度線上，過任一個檢波點做垂線，垂線相交的炮線條數，即該CDP點的疊加次數。[3]

概念比較抽象，采用綜合平面圖示法畫出相應的地下反射點就一目了然了。偏移距為0，采集道為12道3次覆蓋觀測系統圖如圖1所示。第一個反射點與地面測點橫向位置一致，地面測點間距就是道距10米，而地下反射點CDP間距是5米。

從圖1不難看出，測線50米處是滿3次覆蓋起點，放6炮所觀測滿3次覆蓋的范圍是75米。通過觀測系統的制作可以了解到反射點CDP間距是5米，是接收道距10米的一半。

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圖1 12道3次覆蓋觀測系統圖

（三）觀測系統在工程勘探中的移動方式

地震勘探野外數據采集施工是按放炮的順序，對于一個固定的觀測系統排列，簡單理解看似整體搬家一樣，炮和排列的相對位置不變，而實際施工起來為了省時省力，施工采用滾動的方式，放完一炮，相應下一炮的接收排列往施工前方滾動，收起后面不用的地震道，增加前面的備用道。

通過以上知識點的學習，把知識點聯系起來就形成了對二維地震勘探由觀測系統設計到工程實施過程的了解。

二、勘探工程觀測系統設計

通過對二維地震勘探觀測系統的學習，學生們基本上理解和掌握了觀測系統設計的概念、參數和步驟。如果不聯系實際或解決具體的地質問題，就難以與生產實際結合起來，所以理論學習結束后應布置課程設計一次，讓同學們針對煤礦生產需求做一個煤田二維地震勘探的觀測系統設計，讓他們知道學有所用之道。

實例：某煤礦開采過程中，煤層（埋深500米，煤厚6米）突然缺失，無法繼續進行生產，請問采用什么技術手段解決這一地質問題？請提供可行性方案。

課程設計初步方案：生產礦井煤層突然缺失初步判斷為前方出現斷層（斷距應大于6米）導致煤層缺失，如何判斷斷層性質、斷距大小最有效的技術手段應為二維地震勘探方法，因為目前地震勘探主要就是解決地質構造問題。那么根據已知煤層埋深可以分析判斷以下觀測系統參數：

1.根據目的層埋深可以判斷排列長度是500米左右，由于煤層埋深淺，一般采用道距10米，滿覆蓋次12次就可以解決地質構造問題，那么根據炮間距與覆蓋次數的計算關系式，初步確定排列長度為480米比較適宜。

2.在地層傾角不大或是單斜地層時，最好采用單邊下傾激發，這里S=1。

3.如果要確定地下煤層缺失區構造，至少地面要勘探1000米（滿12次覆蓋），并且測線布置方向垂直構造走向。

4.采用綜合平面圖示法畫出觀測系統圖可知這次地震勘探施工參數如下：加上附加段測線長度為1580米，偏移距為0，道距10米，48道采集道，總計地震生產物理點51個，測點159個。

總之，通過理論學習，了解觀測系統設計是二維地震勘探工程觀測系統設計的關鍵技術，覆蓋次數、接收道數的多少決定炮點移動道數的多少，即決定炮間距，同時也決定地震勘探的工作量的大??；掌握綜合平面圖示法，可以位置畫出觀測系統圖，可直觀地看出目的層界面上地震觀測次數，并可判斷滿覆蓋次數的起止和范圍及觀測系統生產實施過程的滾動方式。

三、結束語

通過“卓越計劃”培養模式的實施，應試教學過渡為動手解決問題能力培養模式，不僅了解了二維地震勘探原理、概念、基本的觀測系統設計參數、計算公式及能解決什么樣的地質問題，而且了解了針對煤礦生產遇到的具體問題，采用二維地震勘探方法是如何設計制作觀測系統，并能夠應用于生產的。這樣，增加了學生學習煤田地震勘探的興趣及創新能力，增強了為勘探服務的信念。

[ 注 釋 ]

[1] 楊雙安.煤田三維地震勘探技術的應用及發展前景[J].物探與化探，2004（28）：51-52.

[2] 云美厚.“應用地球物理學”課程整合教學嘗試[J].中國地質教育，2013（87）：44-46.

[3] 張勝業，潘玉玲.應用地球物理學原理[M].北京：中國地質大學出版社，2004：57-68.

[責任編輯：鐘 嵐]